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Universidad Internacional del Ecuador
Escuela de Ingeniería Automotriz
TEMA:
METODOLOGÍA DE PRUEBA PARA ANÁLISIS DE FALLAS EN BATERÍAS
AUTOMOTRICES CON TECNOLOGÍA PLOMO-ÁCIDO GRUPO 42
Proyecto de Titulación para la obtención del Título de Ingeniero Automotriz
Barreiro García Sergio Alejandro
Director: Ing. Oscar Orellana Cruz, MsC.
Guayaquil-Ecuador
i
UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR ESCUELA DE
INGENIERÍA MECÁNICA AUTOMOTRIZ
CERTIFICACIÓN (ACUERDO DE CONFIDENCIALIDAD)
Yo, Sergio Alejandro Barreiro García, declaro bajo juramento, que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido presentado anteriormente para ningún grado o
calificación profesional y que se ha consultado la bibliografía detallada. Cedo mis derechos
de propiedad intelectual a la Universidad Internacional del Ecuador, para que sea publicado
y divulgado en internet, según lo establecido en la Ley de Propiedad Intelectual, reglamento
y leyes.
SERGIO ALEJANDRO BARREIRO GARCIA
C.I. 0921954277
ii
UNIVERSIDAD INTERNACIONAL DEL ECUADOR
ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA AUTOMOTRIZ
CERTIFICADO
Ing. Oscar Orellana Cruz, MSc.
CERTIFICA
Que el trabajo de “METODOLOGÍA DE PRUEBA PARA ANÁLISIS DE FALLAS
EN BATERÍAS AUTOMOTRICES CON TECNOLOGÍA PLOMO-ÁCIDO GRUPO 42”
realizado por el estudiante: Sergio Alejandro Barreiro García ha sido guiado y revisado
periódicamente, cumpliendo las normas estatuarias establecidas por la Universidad
Internacional del Ecuador, en el Reglamento de Estudiantes.
Debido a que constituye un trabajo de excelente contenido científico que coadyuvará a
la aplicación de conocimientos y al desarrollo profesional, si recomiendo su publicación. Este
trabajo consta de un empastado que contiene toda la información del mismo. Autoriza el señor:
Sergio Alejandro Barreiro García que lo entregue a la biblioteca de la facultad, en calidad de
custodia de recursos y materiales bibliográficos.
Guayaquil, enero 2020
Ing. Oscar Orellana Cruz MSc
Docente de cátedra
iii
AGRADECIMIENTO Y DEDICATORIA
Principalmente quiero agradecer a Dios por ser mi guía y acompañante en el
transcurso de mis días, brindándome paciencia y sabiduría para culminar con éxito mis metas
propuestas.
A mi esposa, por confiar en mí y por estar siempre presente. A mi hijo, quien es mi
mayor motivación. A mi familia, por todo su amor, en especial a mis padres por ser mi pilar
fundamental y haberme apoyado incondicionalmente.
A mis profesores de tesis, por haberme guiado en el trabajo de titulación como en mi
carrera universitaria y por haberme brindado el apoyo para desarrollarme profesionalmente
y seguir cultivando mis valores.
Sergio Alejandro Barreiro García
iv
ÍNDICE
CERTIFICA ................................................................................................................................ ii
AGRADECIMIENTO Y DEDICATORIA ............................................................................... iii
ÍNDICE ................................................................................................................................. iv
ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................. vii
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................................... ix
RESUMEN ...................................................................................................................................x
ABSTRACT ............................................................................................................................... xi
CAPÍTULO I ................................................................................................................................1
GENERALIDADES.....................................................................................................................1
1.1. Definición del problema ............................................................................................1
1.2. Objetivos de la investigación .....................................................................................3
1.2.1. Objetivo General ........................................................................................................3
1.2.2. Objetivos específicos .................................................................................................3
1.3. Justificación ...............................................................................................................3
1.3.1. Justificación teórica ...................................................................................................3
1.3.2. Justificación metodológica ........................................................................................4
1.3.3. Justificación práctica ..................................................................................................4
1.3.4. Delimitación temporal ...............................................................................................4
1.3.5. Delimitación geográfica .............................................................................................4
1.3.6. Delimitación del contenido ........................................................................................4
CAPÍTULO II ..............................................................................................................................5
MARCO TEÓRICO .....................................................................................................................5
2.1. Batería automotriz ......................................................................................................5
2.2. Estructura de una batería Plomo o Derivados ............................................................6
2.2.1. Electrolito ...................................................................................................................6
2.2.2. Caja plástica ...............................................................................................................7
v
2.2.3. Separadores ................................................................................................................7
2.2.4. Rejilla .........................................................................................................................7
2.2.5. Placas .........................................................................................................................7
2.3. Batería de Plomo-Ácido .............................................................................................9
2.4. Tipos de Baterías .....................................................................................................11
2.4.1. Batería bajo mantenimiento .....................................................................................11
2.4.2. Batería libre de mantenimiento ................................................................................11
2.4.3. Batería de ciclo profundo .........................................................................................12
2.4.4. Batería Dry charged .................................................................................................13
2.5. Tipos de carga en baterías plomo-ácido...................................................................14
2.5.1. Carga rápida .............................................................................................................15
2.5.2. Carga a voltaje constante .........................................................................................15
2.5.3. Flotación ..................................................................................................................16
2.5.4. Carga a corriente constante ......................................................................................17
2.6. Problemas con cargas y descargas de batería ..........................................................17
2.6.1. Sobrecarga o insuficiencia de carga .........................................................................18
2.6.2. Consecuencia de descarga........................................................................................19
2.6.3. Consecuencia de la carga .........................................................................................20
2.7. Temperatura de operación del motor .......................................................................21
2.8. El alternador .............................................................................................................22
2.8.1. Identificación de los fallos .......................................................................................23
2.9. Herramientas y equipos ...........................................................................................24
2.9.1. Multímetro Fluke 289 ..............................................................................................24
2.9.2. JDiag BT-100 ...........................................................................................................26
2.9.3. Sensor temperatura DATA LOGGER .....................................................................27
2.9.4. Densímetro ANTON-PAAR ....................................................................................27
2.9.5. Cargador de batería ..................................................................................................28
2.9.6. Comprobador BAT110 ............................................................................................29
vi
2.9.7. Lector OBD II ELM 327 .........................................................................................30
2.10. Métodos de investigación ........................................................................................31
2.10.1. Método analítico ......................................................................................................31
2.10.2. Método comparativo ................................................................................................32
2.11. Norma SAE ..............................................................................................................33
2.11.1. Proceso de test de batería .........................................................................................33
2.12. Vehículos con baterías grupo 42 ..............................................................................35
CAPÍTULO III ...........................................................................................................................37
METODOLOGÍA ......................................................................................................................37
3.1. Introducción .............................................................................................................37
3.2. Metodología de experimentación .............................................................................37
3.2.1. Proceso de revisión de batería Plomo-ácido ............................................................41
3.2.1.1. Procedimiento de revisión de batería tecnología plomo-ácido ............................42
3.2.2. Análisis eléctrico de la batería en vehículo: ............................................................44
3.2.2.1. Proceso .................................................................................................................49
CAPÍTULO IV ...........................................................................................................................51
RECOLECCIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS ...............................................................51
4.1. Introducción .............................................................................................................51
4.2. Análisis de la batería del grupo 42 ...........................................................................51
4.2.1. Análisis en batería sometida a mantenimiento.........................................................52
4.2.2. Análisis en batería sin mantenimiento .....................................................................55
4.2.3. Comparación entre baterías......................................................................................58
CONCLUSIONES .....................................................................................................................61
RECOMENDACIONES ........................................................................................................62
BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................................63
ANEXOS .................................................................................................................................65
vii
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Baterías Bosch (Bosch, 2019) ......................................................................................5
Figura 2. Partes de una batería automotriz (Federico, 2018).......................................................6
Figura 3. Electrolítico (Fleta, 2009) ............................................................................................6
Figura 4. Placas negativas (Fleta, 2009) ......................................................................................8
Figura 5. Placas negativas (Fleta, 2009) ......................................................................................8
Figura 6. Batería de bajo mantenimiento (Bosch, 2019) ..........................................................11
Figura 7. Batería libre mantenimiento (Bosch, 2019) ...............................................................12
Figura 8. Batería de ciclo profundo (Bosch, 2019) ...................................................................13
Figura 9. Batería seca (Bosch, 2019) .........................................................................................14
Figura 10. Recarga de batería (Postdeldia, 2019) ......................................................................15
Figura 11. Carga y descarga de batería (Blogspot, 2015) .........................................................18
Figura 12. Temperatura salida de motor (Scientia et technica año XIII, 2007) .......................22
Figura 13. Alternador (Fleta, 2009) ...........................................................................................23
Figura 14. Multímetro Fluke 289 (Cedesa, 2019) .....................................................................24
Figura 15. Jdiag BT100 (Aliexpress, 2019) ..............................................................................26
Figura 16. Sensor datalogger .....................................................................................................27
Figura 17. Densímetro antonpaar (Antonpaar, 2019) ................................................................28
Figura 18. Cargador de batería (Fleta, 2009).............................................................................29
Figura 19. Comprobador Bat110 (Bosch, 2019) .......................................................................30
Figura 20. Lector OBD II EKN 327 (Agrodeport, 2019) ..........................................................31
Figura 21. Venta de vehículos por segmento (Aeade, 2018).....................................................35
Figura 22. Venta de vehículos por ensambladora (Aeade, 2018) ..............................................36
Figura 23. Instalación del sensor de temperatura USB .............................................................38
Figura 24. Meteorología Ecuador (Inamhi,2019) ......................................................................39
Figura 25. Medición de voltaje con multímetro ........................................................................39
Figura 26. Conexión del OBDII ELM327 .................................................................................40
Figura 27. Proceso de revisión de baterías ................................................................................41
Figura 28. Chequeo de la batería físicamente ............................................................................42
Figura 29. Ajuste correcto del bracket .......................................................................................42
Figura 30. A.Borne negativo B. Borne positive ........................................................................43
Figura 31. Limpieza de bornes con cepillo de cerdas metálicas ...............................................43
Figura 32. Conexión de la batería ..............................................................................................44
Figura 33. Conexión del BAT110 .............................................................................................44
viii
Figura 34. Medición de voltaje con el BAT110 ........................................................................45
Figura 35. Operando el BAT110 ...............................................................................................45
Figura 36. Medición de CCA con el BAT110 ...........................................................................45
Figura 37. Orificios de tapones en la batería .............................................................................46
Figura 38. Medición de la densidad del electrolito ...................................................................46
Figura 39. Medición de consumo en el circuito del vehículo ....................................................47
Figura 40. Registro de carga del alternador en la batería ..........................................................48
Figura 41. Caída de tensión del motor de arranque con multímetro .........................................48
Figura 42. Proceso de análisis de electrolito en batería .............................................................49
Figura 43. Resistencia................................................................................................................50
Figura 44. Temperatura de batería ............................................................................................53
Figura 45. Temperatura del motor .............................................................................................53
Figura 46. Voltaje del alternador ...............................................................................................54
Figura 47. Relación potencia y temperatura batería MTTO ......................................................55
Figura 48. Temperatura de batería sin mantenimiento ..............................................................56
Figura 49. Temperatura del motor .............................................................................................57
Figura 50. Voltaje del alternador ...............................................................................................57
Figura 51. Relación potencia y temperatura Batería sin MTTO ...............................................58
Figura 52. Relación curvas temperatura ....................................................................................59
Figura 53. Relación potencia de baterías ...................................................................................60
ix
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 Características técnicas de batería bajo mantenimiento. ...............................................10
Tabla 2. Vida útil batería bajo mantenimiento ...........................................................................10
Tabla 3. Automóviles matriculados ...........................................................................................36
Tabla 4.Característica batería con buena carga ..........................................................................49
Tabla 5.Característica de bateria necesita carga.........................................................................50
Tabla 6. Carácterística de bateria con grupo malo .....................................................................50
Tabla 7.Principales modelos Chevrolet caja 42 .........................................................................51
Tabla 8. Datos de batería ............................................................................................................52
x
RESUMEN
El actual trabajo investigativo presenta los diferentes tipos de fallos en las baterías
con tecnología plomo ácido, por medio de una metodología de prueba aplicada a un vehículo
en la ciudad de Guayaquil, usando dispositivos para el diagnóstico y usando parámetros de
comparación como la temperatura, revoluciones del motor entre otros, para luego ser
plasmados en gráficos y analizarlos para encontrar los factores que influyen en el deterioro
de las baterías ya sea en su funcionamiento como en su estructura interna. Cabe indicar la
importancia que presenta el conocer las necesidades actuales del sector automotriz en lo que
refiere a sistemas eléctricos, en ámbitos de formación profesionales como pre profesionales
los cuales juegan un rol fundamental para adquirir habilidades en diagnósticos y correcto
uso de herramientas y equipos electrónicos.
Palabras claves: Batería, plomo-ácido, sistemas eléctricos
xi
ABSTRACT
This research paper reveals the different types of failures in batteries with lead acid
technology, through a test methodology applied to a vehicle in the city of Guayaquil, using
diagnostic devices and using comparison parameters such as temperature, engine revolutions
among others, to then be reflected in graphs and analyze them to find the factors that
influence the deterioration of the battery either in its operation as in its structure. It is
important to indicate the importance of knowing the current needs of the automotive sector
in terms of electrical systems, in professional and pre-professional training fields which play
a fundamental role in acquiring diagnostic skills and the correct use of electronic tools and
equipment.
Keywords: Battery, lead-acid, electrical systems
1
CAPÍTULO I
GENERALIDADES
1.1. Definición del problema
El problema se centra en el manejo que se le da a las baterías automotrices con tecnología
plomo-ácido en un vehículo automotor, por el hecho que los distribuidores, puntos de servicio y
usuarios de este dispositivo están desinformados o no tienen la capacitación correcta sobre el
uso de equipos y herramientas de diagnóstico necesarias que sirven para que la batería complete
su ciclo de vida útil de manera correcta, aumentando los índices de garantías, los cuales provocan
perdidas económicas para los fabricantes de baterías.
Todo vehículo automotor consta de un sistema eléctrico, el cual es fundamental el buen
estado para el correcto funcionamiento del mismo, pero por distintas razones como: falta de
mantenimiento periódico, reparaciones mal realizadas, uso de piezas o componentes de baja
calidad provocan que el alternador y el motor de arranque empiecen a generar desperfectos que
perjudican el funcionamiento parcial o total en las baterías automotrices con tecnología plomo-
ácido. Existen usuarios que utilizan sus vehículos como herramienta de trabajo con el fin de
solventar las labores diarias, tienen la necesidad de instalar distintos tipos de dispositivos
eléctricos o electrónicos los cuales aumentan la demanda de corriente en el sistema eléctrico.
Debido a la gran variedad de tecnología en accesorios y complementos automotrices, ciertos
usuarios acceden a instalar dispositivos al vehículo para que este posea mayor comfort y
seguridad, sin darse cuenta el problema que conlleva instalar algún accesorio sin antes realizar
una respectiva evaluación al sistema eléctrico, dando como resultado un acelerado desgaste
interno provocado por una sobrecarga o insuficiencia de carga a la batería.
2
Por otro lado, tenemos los vehículos de uso público como la policía, bomberos, ambulancia,
policía de tránsito y militar, en los que se instalan accesorios que no son considerados de fábrica
y alteran la demanda de consumos del sistema eléctrico. Las baterías con tecnología plomo-
ácido instaladas en estos vehículos son exigidas al máximo en cuanto altas temperaturas se
refiere, las cuales provocan que la batería trabaje en condiciones extremas, debido a la aplicación
que se le da a este tipo de vehículos más los consumidores adicionales. Dentro de este segmento
de vehículos también se incluye a taxis y buses de transporte público, donde se evidencia un alto
recorrido de kilómetros, causando que los ciclos de carga y descarga en la batería con tecnología
plomo-ácido aumenten, provocando un exceso de gasificación y pérdida de electrolito. El
electrolito es una mezcla de líquidos entre agua destilada y ácido concentrado, En caso de que
la concentración de ácido aumente puede acelerar la corrosión causando un desgaste prematuro
en la batería. Pese a que existen baterías con tecnología libre mantenimiento las cuales se
caracterizan por no necesitar agregar agua destilada durante el periodo de funcionamiento, esto
dependerá de las condiciones normales de uso. Sin lugar a duda la falta de manteamientos
periódicos a la batería, incluyendo la reposición de agua destilada y la revisión del sistema
eléctrico del vehículo, reducirá las capacidades eléctricas de la batería significativamente.
Existen varios distribuidores de baterías en la región costa que comentan que la batería con
tecnología plomo-ácido que genera más problemas y reclamos de garantías son las del grupo 42,
este modelo de batería es instalada en vehículos como Chevrolet Aveo, Kia Rio y Hyundai
Accent los cuales son vehículos con alta demanda a nivel nacional.
Es importante considerar estos aspectos para la metodología de una prueba que permita
determinar la causa del daño en una batería plomo-ácido al momento de que esta se encuentre
con falla. Este problema como en todo proyecto debe basarse estrictamente en PLAN DE
DESARROLLO 2017-2021 TODA UNA VIDA, Eje 2: ECONOMÍA AL SERVICIO DE LA
SOCIEDAD. OBJETIVO 5: IMPULSAR LA PRODUCTIVIDAD Y COMPETITIVIDAD
3
PARA EL CRECIMIENTO ECONÓMICO SOSTENIBLE DE MANERA RETRIBUTIVA Y
SOLIDARIA, ya que busca concientizar no solo al usuario sino también a las pequeñas empresas
que se encargan del manejo, mantenimiento y reparación del sistema eléctrico del vehículo, para
que puedan mejorar el servicio que brindan y solventar los problemas que tienen sus clientes.
1.2. Objetivos de la investigación
1.2.1. Objetivo General
Determinar las causas principales de falla de la batería con tecnología plomo-ácido
grupo 42 bajo la metodología de una prueba que permita tomar acciones con el fin de que se
cumpla el periodo de cobertura de garantía de la batería.
1.2.2. Objetivos específicos
Determinar parámetros y equipos para la identificación de causa principal o modo de
fallo en las baterías automotrices con tecnología plomo-ácido.
Establecer metodología de prueba para análisis de modo de falla en baterías automotrices
con tecnología plomo-ácido grupo 42 considerando las condiciones ambientales de la
región costa.
Demostrar por medio de análisis de los datos obtenidos si los parámetros permiten
generar conclusiones con alto grado de confianza.
1.3. Justificación
1.3.1. Justificación teórica
La base teórica del trabajo se fundamenta en la investigación de temas relacionados
exclusivamente a baterías automotrices con tecnología plomo-ácido, su funcionamiento y
función dentro del vehículo, como también las características de las partes que lo conforman,
los procesos internos como los mantenimientos y cuidados que se debe tener en el manejo de los
mismos.
4
1.3.2. Justificación metodológica
La investigación se centra en un método mixto de investigación ya que se basa en
estudios, entrevistas, pruebas adaptadas a distintas normas y análisis de datos tales como el
tiempo de duración de las baterías en el vehículo y el rendimiento que se da en el sistema
eléctrico del automóvil.
1.3.3. Justificación práctica
Realizar una metodología de prueba debido al corto periodo de vida útil de las baterías
automotrices con tecnología plomo-ácido en la región costa, demanda conocer desde un punto
de vista técnico las causas de falla del componente, que impide cumplir lo ofrecido por el
fabricante en cuanto a cobertura de garantía.
1.3.4. Delimitación temporal
El trabajo se desarrollará desde el mes de octubre del 2019, hasta enero del 2020,
lapso que permitirá realizar la investigación, así como diseñar la propuesta.
1.3.5. Delimitación geográfica
El trabajo se desarrollará en el cantón Guayaquil de la provincia del Guayas la cual
representa condiciones ambientales de la región costa y podemos comprobar un gran número de
vehículos que utilizan baterías con tecnología plomo-ácido grupo 42.
1.3.6. Delimitación del contenido
La información detallada en el presente trabajo se basa únicamente en las baterías
automotrices con tecnología plomo-ácido, su funcionamiento, las partes que lo conforman, la
funcionalidad dentro del sistema eléctrico del vehículo, y los mantenimientos y cuidados que se
deben tener al momento de la manipulación de este dispositivo.
5
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
2.1. Batería automotriz
Componente fundamental del sistema eléctrico del automóvil, diseñado para distribuir
de energía entre algunas condiciones eléctricas siendo la más substancial, la capacidad de
arranque para efectuar el objetivo principal de encender el motor, como se puede observar
en la figura 1.
Figura 1. Baterías Bosch (Bosch, 2019)
La potencia de arranque es efectiva en un acumulador durante el tiempo de 10
segundos abasteciendo del máximo amperaje permisible que puede otorgar su diseño
interno mientras la condición eléctrica que se produce cuando se generan los giros del
motor. Esta prueba, llamada condición de arranque, se ha estandarizado a una temperatura
ambiente 25°C, mientras que la prueba realizada a 0°C y -18°C se denomina condición
de arranque en frío. (Pancha, 2019)
Según (Gonher, 2008). Las causas principales que afectan de una u otra manera la
vida útil de la batería son las siguientes.
Tiempo de uso
Mantenimiento inadecuado
Niveles bajos de electrolito
6
Sobrecarga o escasez de carga
Uso de una batería de menor capacidad
Vibración
Sistema eléctrico defectuoso
2.2. Estructura de una batería Plomo o Derivados
La batería se compone de los siguientes elementos, tales como, bornes, tapa, placas,
electrolítico entre otros, como se puede observar en la figura 2.
Figura 2. Partes de una batería automotriz (Federico, 2018)
2.2.1. Electrolito
Formado por una solución acuosa con Ácido Sulfúrico con una proporción del 34% y
un 66% de agua destilada, El cual es utilizado por la batería como medio para migrar la
energía, tal como se puede observar en la figura 3.
Figura 3. Electrolítico (Freta, 2009)
7
2.2.2. Caja plástica
Conjunto Monoblock (tapa y caja termo sellada), contenedor que agrupa varios
elementos. Tapones con orificio de ventilación. (Van Zandweghe Hnos, 2018)
2.2.3. Separadores
El objetivo principal de los separadores es imposibilitar el contacto metálico entre
las placas de polaridad opuesta. Asimismo, permiten el transporte electrolítico libre. Entre
los principales tipos de separadores se encuentran los de PVC, materiales vítreos poroso,
sobres de polietileno, plásticos micro-porosos, películas de celulosa, telas de Dynel o
Vinyon y fibra de vidrio. (Van Zandweghe Hnos, 2018)
Los separadores son colocados en las baterías de tres formas: en forma de placas,
en forma de sobres y en forma de sobres envolventes.
2.2.4. Rejilla
Armazón (parrilla) que sirve de sustento para los materiales activos; transmiten la
corriente. Están fabricadas de un compuesto de plomo, calcio, plata y estaño, que crean
una aleación que le agregan características específicas a la rejilla. “Desempeñan también
la misión de distribuir la corriente uniformemente en toda la placa”. (Van Zandweghe
Hnos, 2018)
2.2.5. Placas
Conformadas por las rejillas, impregnadas de una pasta o material activo. Esta
pasta es una composición de óxido de plomo con otros elementos químicos. (Van
Zandweghe Hnos, 2018)
8
Placas positivas
Conformadas de peróxido de plomo (Pb O2), el cual es un material cristalino de
color café oscuro, constituido por partículas muy pequeñas y de alta porosidad para que
el electrolito penetre libremente en el interior de las placas, como se puede observar en la
figura 4. (Van Zandweghe Hnos, 2018)
Figura 4. Placas negativas (Freta, 2009)
Placas negativas
Conformadas por plomo esponjoso (Pb) de color gris pizarra, en el que penetra
independientemente el electrolito, haciendo esponjar las placas, con lo que aumenta área
eficaz de las mismas, haciendo que incremente la productividad. (Van Zandweghe Hnos,
2018)
Figura 5. Placas negativas (Freta, 2009)
9
En estas placas se emplean sustancias difusoras o expansoras en pequeñas
cantidades para impedir la contracción y solidificación del plomo esponjoso, con lo que
se restaría la capacidad y vida útil de la batería, tal y como se puede observar en la figura
5. (Van Zandweghe Hnos, 2018)
2.3. Batería de Plomo-Ácido
Las baterías de plomo-ácido han sido las más se han utilizadas por más de un siglo
y las más exitosas comercialmente ya que es un tipo de batería standard, de rápida
disponibilidad y con bajos costos.
Tipos de batería Plomo-Ácido
Se encuentran 2 grupos principales de baterías Plomo-Ácido:
De electrolito inundado o ventiladas (VLA) donde los electrodos se hallan
sumergidos en exceso de electrolito líquido.
Selladas o reguladas por válvula (VRLA), donde el electrolito se halla
inmovilizado en un separador absorbente o en un gel. (Bardo, 2015)
Puede ser desglosado en 3 categorías:
a) Arranque, iluminación y encendido (SLI, Starting, Lighting and Ignition
Batteries): Abundantes en el mundo del automovilismo. Son económicas. Proveen un
buen nivel de amperaje a bajo costo. Su ciclo de vida es corto.
b) De ciclo profundo o de tracción: diseñadas para aplicaciones donde tengan lugar
descargas profundas.
c) Estacionarias: generalmente se utilizan para suministrar energía en operaciones
de control, así como suministrar energía de emergencia en subestaciones y sistemas de
telecomunicaciones.
10
Características técnicas
En la tabla 1 se observa las características técnicas de los diferentes tipos de
batería de bajo mantenimiento como la SLI, Ciclo profundo y la estacionaria.
Tabla 1.
Características técnicas de batería bajo mantenimiento
Tipo de celda SLI Ciclo Profundo Estacionaria
Tensión nominal 2 2 2
Tensión en circuito abierto 1,90 ~ 2,15 1,90 ~ 2,15 1,90 ~ 2,15
Tensión final de la carga 2,5 2,5 2,5
Tensión final de la descarga 1,75 1,75 1,75
Eficiencia (AC a DC) 75% ~ 85% 75% ~ 85% 75% ~ 85%
Temperatura de trabajo (-40 )~ 55 (-20 )~ 40 (-10 )~ 40
Energía específica (Wh/kg) 35 25 10 ~ 55
Densidad de energía
(Wh/L)
70 80 50 ~ 70
Densidad de potencia Alta Moderadamente
alta
Moderadamente
alta (Bardo, 2015)
Vida útil de la batería
Como se observa en la tabla 2, se tiene la vida útil expresada en años y ciclos
dependiendo de la expectativa de vida con los diferentes tipos de batería de bajo
mantenimiento.
Tabla 2.
Vida útil batería bajo mantenimiento
Batería Expectativa de vida (años) Expectativa de vida (ciclos)
SLI 5 – 7 200 - 700
De ciclo profundo 3 – 5 1500
Estacionarias 15 – 30 -
VRLA 5 – 10 250 - 500
(Bardo, 2015)
11
2.4. Tipos de Baterías
2.4.1. Batería bajo mantenimiento
Tiene tapas roscadas en la parte superior que sirve para comprobación y adición
de agua desmineralizada debido al consumo de agua en el interior de 4 a 6g/Ah, por la
reacción química y altas temperaturas. A estas baterías se le denomina baterías hibridas,
por los materiales que combinan plomo y bajo nivel de antimonio en las rejillas de las
placas, como se puede observar en la figura 6. (Van Zandweghe Hnos, 2018)
Figura 6. Batería de bajo mantenimiento (Bosch, 2019)
En la actualidad, las baterías convencionales son utilizadas en vehículos livianos,
pesados, servicio de transporte, la tendencia a nivel mundial es la disminución en
aplicaciones de vehículos de alta gama, ya que no son libres de mantenimiento y no
atienden adecuadamente las demandas de los avanzados sistemas eléctricos y gestión
electrónica. (Bardo, 2015)
2.4.2. Batería libre de mantenimiento
Esta batería no requiere ninguna comprobación del nivel de electrolito, no es
necesario que se reponga durante toda su vida útil, ya que está sellada de forma estanca,
sus placas positivas están compuestas de aleación de plomo plata o plomo calcio y las
placas negativas de plomo calcio. La aleación de plata provee a la rejilla una alta
12
resistencia contra la corrosión incluso en temperaturas elevadas, también ofrece la ventaja
de una tasa de auto descarga muy reducida, permitiendo un mejor almacenaje totalmente
cargada durante muchos meses.
En la actualidad tienen dispositivos adicionales de seguridad, como la tapa que en
muchas ocasiones tiene un laberinto, una ventilación central de gas y un interruptor de
llama. Esto disminuye el consumo de agua, imposibilita el escape del electrolito si la
batería es inclinada por un instante breve y previene el encendido prematuro en caso de
chispas.
Posee una potencia de arranque mayor que la batería convencional, básicamente,
eso se debe al diseño industrial de placas más finas y más fuertes, que permite la
instalación de un mayor número de placas. Se recomienda su aplicación para vehículos
con mayores consumidores eléctricos y electrónicos, como se puede observar en la figura
7. (Bosch, 2019)
Figura 7. Batería libre mantenimiento (Bosch, 2019)
2.4.3. Batería de ciclo profundo
La batería de ciclo profundo resiste a ciclos repetitivos, contiene plomo con mayor
grado de pureza (95%), su principal característica es la formulación de la masa activa, el
uso de separadores especiales absorbente (AGM) es de vital importancia en el diseño,
porque se logra una distribución mucho más uniforme del electrolito en todas las placas
y también el uso de válvulas que regulan la respiración de los gases. (Bosch, 2019)
13
También existen versiones con tapas roscadas en la parte superior que sirve para
la comprobación y adición de agua desmineralizada debido al consumo de agua, por la
reacción química y altas temperaturas, estas baterías se utilizan en la náutica, vehículos
de tracción eléctrica, grúas para cargas, UPS (UNIT POWER SOURCE), centrales
telefónica, señalizaciones, sistemas de refrigeración, maquinaria agrícola, uso militar
entre otras más, como se puede observar en la figura 8.
Figura 8. Batería de ciclo profundo (Bosch, 2019)
2.4.4. Batería Dry charged
Es una batería “tipo seca”, que se caracteriza porque en las placas tienen la
formulación de masa activa más simple y rejillas normalmente de plomo antimonio,
permanecen secas y selladas en perchas, son activadas en el momento previo a la venta,
se agrega el electrolito a través de las tapas roscadas de la parte superior y se realiza un
proceso de carga, conocido también como activación.
La batería necesitara reposición de agua durante su vida útil, esta empieza en el
momento de la activación, generalmente este tipo de batería se utiliza en vehículos
livianos o motocicletas, dependido de la aplicación a utilizar, su diseño proporcióna a los
usuarios una solución económica para vehículos con baja demanda eléctrica, como se
puede observar en la figura 9.
14
Figura 9. Batería seca (Bosch, 2019)
2.5. Tipos de carga en baterías plomo-ácido
La principal causa de la disminución de la vida útil de una batería es el
inadecuado proceso de recarga. Un cargador de baterías plomo-ácido tiene dos objetivos
que cumplir. El primero es restaurar la capacidad de una manera práctica y rápida, el
segundo es mantener la capacidad compensando la auto descarga.
El proceso de recarga presenta varias opciones mediante diferentes técnicas,
pero la idea común siempre es hacer circular la corriente a través de la batería en dirección
contraria a la de descarga, el aspecto más importante de la recarga es relacionar de mejor
manera el cargador con la aplicación de la batería.
Al escoger un cargador es necesario considerar el tipo de batería, el tiempo
disponible para recargar, las condiciones a las cuales estará expuesta y el número de
placas (Ah) en la batería. En general las baterías plomo-ácido pueden ser recargadas a
cualquier tasa siempre y cuando no produzca excesiva gasificación, sobrecarga o
elevadas temperaturas. Las baterías totalmente descargadas que presente un voltaje
menor a 9 voltios pueden ser recargadas con altas corrientes iniciales. Sin embargo, una
vez que la batería se aproxima a su carga comp1eta la corriente debe disminuir para
reducir la gasificación y la sobrecarga excesiva.
15
2.5.1. Carga rápida
Cuando se realiza una carga rápida a la batería se requiere una alta corriente en
corto tiempo para restablecer la energía que ha sido descargada. Además, se necesitan
mediciones de control adecuadas de temperatura y corriente de carga que eviten la
sobrecarga cuando la carga rápida se completa. Los requerimientos básicos para una
carga rápida son:
Suficiente energía disponible que haga posible una recarga rápida.
Corriente de carga controlada que evite la sobrecarga aun en cargas prolongadas.
Temperatura ambiente de carga de entre 20°C y 40°C.
2.5.2. Carga a voltaje constante
Los cargadores a voltaje constante cargan a un voltaje de entrada de entre 12.4 y
12.6 voltios, sin considerar el estado de carga de la batería. Los cargadores de voltaje
constante entregan una corriente inicial de 20 Amperios a la batería debido a la gran
diferencia de potencia entre la batería descargada y el cargador. Este tipo de cargador
restablece un 70% de una descarga en los primeros 30 minutos. Esto resulta ser
útil para la mayoría de aplicaciones de descarga de baterías, como se muestra en la
figura 10.
Figura 10. Recarga de batería (Postdeldia, 2019)
16
Previo a finalizar la recarga, el voltaje en la batería incrementa rápidamente, luego
se estabiliza con e1 correspondiente decrecimiento de la corriente del cargador.
Como resultado, aun cuando la batería alcanzó rápidamente una carga parcial,
para obtener una carga completa se requiere tiempos más prolongado de carga. Según
esto los cargadores de voltaje constante son frecuentemente utilizados en aplicaciones
que normalmente permiten extensos periodos de carga que logren conseguir cargas
completas. Los cargadores de voltaje constante no deberían utilizarse donde los ciclos
carga y descarga son frecuentes. Repetidas descargas sin permitir a las celdas llegar a
su carga total eventualmente disminuyen la capacidad de la batería y pueden causar el
envejecimiento prematuro de las placas.
Los cargadores de voltaje constante a menudo son usados en dos modos
diferentes: como cargadores rápidos para restablecer un alto porcentaje de carga en
un corto tiempo o como cargador flotante para minimizar los efectos de la sobrecarga
en baterías que tienen descargas anómalas o de ciclo frecuente.
2.5.3. Flotación
Una vez que la batería está totalmente cargada, la mejor manera de mantener su
carga es aplicando un voltaje constante a la batería. Esto se lo realiza utilizando un
correcto nivel flotante de corriente de carga.
La carga por flotación se utiliza comúnmente en baterías que están instaladas en
respaldos de energía de emergencia donde la descarga es ocasional. Durante 1a flotación
el cargador, la batería y la carga están conectadas en paralelo (sistemas
estacionarios). El cargador opera muy aparte de la fuente normal de energía. La
cual provee de corriente a 1a carga durante su operación. En caso de que la fuente
normal de energía falle, la batería provee e1 respaldo de energía necesario hasta
17
que la fuente normal se restablezca. Los cargadores flotantes son comúnmente
cargadores de voltaje constante que operan a bajo voltaje, usualmente a menos de 2.4
voltios por celda, manteniendo la corriente de carga baja para compensar únicamente la
auto descarga. En la carga flotante se debe tener en cuenta el aumento de temperatura,
esta condición ocurre cuando la energía de carga genera calor en el interior de la
batería, mayor al que la misma pueda disipar, lo que puede causar fallas en las celdas al
secarse, acortando su vida útil.
2.5.4. Carga a corriente constante
Carga a corriente constante significa que el cargador entrega corriente
relativamente uniforme, sin considerar el estado de carga de la batería. Los cargadores de
corriente constante ayudan a eliminar los desbalances de las celdas y baterías
conectadas en serie. Los cargadores de corriente constante de tasa única son los más
apropiados para ciclos de operación donde la batería es a menudo requerida para
obtener una carga completa de manera inmediata. A estas altas tasas de carga existe
gasificación y escape de gases. La oxidación de la rejilla positiva ocurrirá a elevadas
temperaturas o sobrecargas de demasiado tiempo.
Debido a esto se debe aplicar la carga de corriente constante durante periodos
de tiempo que permitan una carga completa pero que eviten la excesiva oxidación de
la rejilla. Otro tipo de cargador de corriente constante aplica una elevada corriente inicial
a las celdas y luego cambia a una tasa de carga baja en base a un tiempo, voltaje o ambos.
2.6. Problemas con cargas y descargas de batería
Ocasionalmente, un sistema eléctrico con fallos afecta las condiciones de la
batería. Una batería en condiciones excelentes no se descarga constantemente, el
18
problema de descarga generalmente puede ocurrir por una o más condiciones donde las
más comunes son que se dejen encendidos los accesorios del vehículo, sistemas eléctricos
defectuosos, entre otros. Como se observa en la figura 11.
Figura 11. Carga y descarga de batería (Blogspot, 2015)
2.6.1. Sobrecarga o insuficiencia de carga
Un suministro excesivo o insuficiente de carga, puede causar serios daños a la
batería. Esto se aplica tanto para el sistema de generación propia del vehículo, como para
las fuentes externas de emergencia, como los cargadores para batería.
La sobrecarga provoca:
a) Rápida corrosión de las placas positivas.
b) Calor, lo que aumenta la reacción química normal, causando un envejecimiento
prematuro en todos los componentes.
c) Deformación de las placas positivas y daños a los separadores.
d) Derramamiento del ácido, lo cual reduce el nivel del electrolito y ocasiona daños
en el entorno de la batería
e) Pérdida excesiva de agua por evaporación
19
La insuficiencia de carga provoca:
a) El sulfato de plomo se deposite en grandes cantidades en las placas, lo que afecta
la reacción electroquímica normal.
b) Acumulación de depósitos de plomo en los separadores, lo que causa
cortocircuitos entre placas negativas y positivas.
c) Bajo contenido de ácido en el electrolito, lo que incrementa las posibilidades de
congelación en temperaturas muy frías.
d) Descarga de la batería.
2.6.2. Consecuencia de descarga
Como consecuencia de las reacciones químicas que tienen lugar durante el
proceso de descarga de la batería, se produce en ella:
Disminución de la densidad del electrolito
Durante la descarga, el ácido sulfúrico del electrolito se descompone y se crea
agua. De este modo, varía la densidad del electrolito, ya que tendrá una menor
concentración de ácido sulfúrico. Esta característica nos permite conocer el estado de
carga de la batería midiendo la densidad del electrolito. (Freta, 2009)
Sulfatación de las placas
Durante la descarga de la batería, debido a que el ácido sulfúrico “SO4” reacciona
con el plomo de las placas positivas y negativas, se forma sulfato de plomo I (PbSO4) y
sulfato de plomo II (Pb(SO4 )2 ), que van recubriendo la superficie de las placas. Estas
reacciones son reversibles, es decir, si proporcionamos electricidad desde el exterior se
producen las reacciones de carga de la batería y si ponemos un consumo a la batería tienen
lugar las reacciones de descarga. Habitualmente, pasamos de las reacciones de carga a las
de descarga sin ninguna dificultad, pero con el paso del tiempo empiezan a aparecer zonas
20
en las que el sulfato ya no vuelve a descomponerse en ácido sulfúrico, quedando poco a
poco las placas con mayor cantidad de sulfato. Este fenómeno se puede frenar
manteniendo la batería siempre cargada y con el nivel correcto de electrolito. (Freta,
2009)
Sobrecalentamiento de la batería
El sobrecalentamiento se produce cuando sometemos a la batería a un régimen de
descarga alto cuando sale mucha intensidad de ella o bien a un régimen de descarga medio
durante un tiempo excesivo. Cuando se produce una de las dos situaciones anteriores, se
genera calor por efecto joule, el cual no tiene tiempo de ser evacuado al exterior, de ahí
que la batería vaya aumentando su temperatura. El problema que se nos plantea cuando
la batería aumenta su temperatura por encima de los valores normales es que las rejillas
que constituyen las placas, fabricadas comúnmente en plomo-antimonio, se dilatan.
Al dilatarse las rejillas, aumenta el tamaño de la cuadrícula interna y se desprende
de ellas la materia activa, ocasionando dos problemas. Por un lado, perdemos
directamente materia activa lo que proporcionará menor capacidad de la batería. Por otro
lado, si cae demasiada materia activa al fondo de las celdas, a pesar de que las placas no
tocan el fondo de las mismas, la cantidad de materia activa desprendida puede ser
suficiente para provocar el cortocircuito. (Freta, 2009)
2.6.3. Consecuencia de la carga
Como consecuencia de las reacciones químicas que tienen lugar durante la carga
dentro de la batería, produce lo siguiente:
Aumento de la densidad del electrolito
Hemos visto que durante la carga de la batería se descompone el agua destilada
del electrolito y se crea ácido sulfúrico. Como la densidad del ácido sulfúrico es casi el
21
doble de la del agua destilada (1,81 g/cm3 y 1 g/cm3), el nuevo electrolito contendrá mayor
concentración de ácido, aumentando así su densidad. De este modo, se puede conocer el
estado de carga de la batería midiendo la densidad del electrolito. (Pancha, 2019)
Peligro de explosión
Durante la carga de la batería, debido a la descomposición del agua destilada que
tiene lugar en su interior, una parte del oxígeno y del hidrógeno no reacciona con las
placas y sale al exterior en forma de gas, pudiendo generarse una chispa en la parte interna
de las celdas, provocando una explosión al contacto con el hidrogeno. Esto es menos
probable que suceda cuando la carga de la batería la realiza el alternador, ya que mientras
estamos circulando, no tiene ninguna importancia que se desprendan gases de la batería,
estos son disipados por la propia velocidad del vehículo. (Pancha, 2019)
Pérdida de agua destilada
Debido a que una parte del agua destilada que contiene nuestro electrolito se
descompone y sale al exterior del recipiente en cada carga de la batería, la pérdida de agua
destilada, aunque pequeña, es constante. Por esta razón, en las revisiones periódicas
deberemos mirar el nivel del electrolito y en caso de ser insuficiente introducir agua
destilada y no ácido sulfúrico.
Mientras dura el proceso de carga de la batería, hay que controlar su temperatura. En
caso de que le falte agua destilada, la temperatura subiría excesivamente por efecto joule,
pudiendo provocar el desprendimiento de la materia activa de las placas y con él la
destrucción de la batería. (Pancha, 2019)
2.7. Temperatura de operación del motor
El tiempo en que calientan los motores modernos es extenso sobre todo cuando
las condiciones ambientales son desfavorables y cuando el calentador del habitáculo se
enciende. Cuando se calienta el motor puede llegar a consumir de 4 a 5 kW y estos
22
valores, se vienen a alcanzar solo al final del ciclo de calentamiento cuando se maneja
en la urbe de la ciudad.
Como se puede observar en la figura 12 (Scientia et technica año XIII, 2007), se
determina que, al llegar a los 20 minutos de funcionamiento, la temperatura de motor
alcanza los 120°C, dentro de habitáculo del motor.
Figura 12. Temperatura salida de motor (Scientia et technica año XIII, 2007)
Un vehículo urbano se demora comúnmente en llegar a su destino un promedio
de 40 – 60 minutos, por lo que la temperatura de 120°C puede mantenerse o elevarse
durante este periodo de recorrido.
2.8. El alternador
El alternador es una máquina eléctrica que tiene como objetivo generar energía
eléctrica. En el vehículo, el alternador forma parte del circuito de carga, por el motivo
que se encarga de crear la electricidad necesaria para proveer a los distintos servicios y
cargar la batería, esta carga del alternador se halla en un rango de 13,50V. a 14.50V, si
esta carga llegase a superar el límite máximo se puede provocar una sobrecarga eléctrica
23
en la batería producto del exceso de corriente que llega a la misma.
Además en el caso de que la carga del alternador se encuentre por debajo del límite
mínimo causará una descarga parcial o profunda en la batería, en ambos casos los daños
provocados por la falla de la carga del alternador hacia la batería provoca daños internos
como cortocircuitos y sulfatación. Como se puede observar en la figura 13. (Freta, 2009)
Figura 13. Alternador (Freta, 2009)
2.8.1. Identificación de los fallos
No obstante muchas veces un alternador dañado puede confundirse con problemas
en la batería, hay varias señales que indican en dónde está el inconveniente. La primera
de ellas es la luz de aviso que se enciende en el tablero de instrumentos, que normalmente
tiene forma de batería o las iniciales de GEN o ALT. Si se comienza a observar que las
luces del automóvil se atenúan o incluso que empiecen a parpadear, ya sean los faros o
las del tablero de instrumentos, es puesto que el alternador está perdiendo su amperaje
para generar energía.
Si la batería está muerta o presenta fallos, puede ser además porque el alternador
no está generando la energía necesaria para que no pierda potencia. Para conocer dónde
está el daño, cuando esté pasando amperaje para arrancar el automóvil se le retira los
24
cables y se espera, si el problema es con el alternador el automóvil deja de funcionar y se
vuelve a detener; si continúa funcionando lo más presumible es que falle la batería. Un
alternador dañado no carga bien la batería.
2.9. Herramientas y equipos
2.9.1. Multímetro Fluke 289
Es compatible con la aplicación móvil de Fluke Connect y con todas las
herramientas de prueba Fluke FC habilitadas, el cual trae conectores infrarrojo opcional
en el ir3000 FC, permitiendo que su equipo se observe lo que se va a ver en un instante
con la aplicación denomina ShareLive™ la cual trabaja como video llamadas (requiere
la aplicación móvil de Fluke Connect y el conector inalámbrico ir3000 FC). (Cedesa,
2019), tal y como se muestra en la figura 14.
Figura 14. Multímetro Fluke 289 (Cedesa, 2019)
TrendCapture muestra de forma gráfica la sesión de registros de datos para
establecer con agilidad si han ocurrido anomalías. El incremento de la vista de las
tendencias proporciona una capacidad inigualable de visualización y análisis de los datos
de TrendCapture; ampliación de hasta 14 veces. El filtro CA seleccionable (modo de
25
lectura gradual) ayuda a visualizar una lectura estable cuando la señal de entrada cambia
rápidamente o presenta un excesivo ruido, como se observa la figura 11. (FLUKE, 2019)
Registro ajustable y umbrales de mantenimiento automático; especifica un cambio
de porcentaje en las lecturas para comenzar una tarea nueva. Trae una gran pantalla de
matriz de puntos 1/4 VGA con 50 000 unidades y retroiluminación de luz blanca. Función
de registro con memoria ampliada para la supervisión desairada de señales a lo largo del
tiempo. Mediante el programa TrendCapture que viene incorporado, los usuarios pueden
analizar gráficamente las lecturas registradas sin requerir una PC. Almacena hasta 15.000
eventos registrados.
Guarda en la memoria varias sesiones de registro antes de que sea necesario
descargar a un ordenador. Tiene un rango de 50 ohmios en dos terminales con una
resolución de 1 milliohmio y una generación de corriente de 10 mA. Esto en efecto es útil
para medir y analizar diferencias en la resistencia del devanado del motor o en la
resistencia de los contactos. Tiene un filtro de paso bajo para mediciones precisas de
voltaje y frecuencia al mismo tiempo, en accionadores de motor de velocidad ajustable y
otros equipos eléctricamente avanzados.
Voltios (de baja impedancia). La función del voltaje de baja impedancia es
eliminar voltajes, la función de medición con pantallas incorporadas. Para conocer datos
de registro de cualquier función, vaya a dicha función y pulse el botón “i”. Reloj en tiempo
real para mostrar en la base de datos la hora de las lecturas guardadas.
Modo relativo que excluye la resistencia del cable de prueba en las mediciones de
capacidad y continuidad. Corriente y voltaje de AC con valor eficaz verdadero para
obtener mediciones exactas en señales no lineales. Mediciones de hasta 10 amperios (20
26
A en 30 segundos). Rango de capacitancia de 100 mF. Se captura picos para registrar
valores de transistores con una velocidad de 20us. Se incluyen las puntas de prueba de
primera calidad y las pinzas de caimán. Se incluyen tapas cobertores de entradas. Correa
magnética la cual es opcional para facilitar la instalación. El software opcional FlukeView
Forms le permite almacenar, documentar y analizar lecturas individuales o conjuntos de
lecturas, para luego ser transmitidas a documentos que parecen profesionales. (FLUKE,
2019)
2.9.2. JDiag BT-100
Este dispositivo ayuda a confirmar si el circuito es positivo o negativo, también
abrir el circuito sin tener que volver a conectar un borne de la batería a otro, prueba la
continuidad con el cable de tierra auxiliar incorporado, pulsando el interruptor de
alimentación, la corriente ya sea negativa o positiva se llevará a cabo en la punta de la
sonda para comprobar la función de un componente eléctrico sin el uso de cables de
puente. Prueba los contactos de tierra pobre al instante sin realizar pruebas de caída de
tensión. JDIAG BT-100 también está protegido por cortocircuitos, su interruptor de
circuito interno se encenderá si se sobrecarga, sigue y localiza circuitos cortos sin perder
fusibles, tal como se observa en la figura 15.
Figura 15. Jdiag BT100 (Aliexpress, 2019)
27
2.9.3. Sensor temperatura DATA LOGGER
El registrador de datos data logger USB para temperatura, cuenta con un sensor
externo de acero inoxidable, terminado en punta y cable de 1m, muy útil para inmersión
en líquidos o insertar en productos alimenticios.
Es re-utilizable y puede controlar productos sensibles a la temperatura durante el
transporte, almacenamiento o en entornos de procesamiento. La conexión USB permite
conectar al PC como si fuera un pen drive. Fácil configuración y descarga rápida de los
datos a su computador. Las aplicaciones típicas para este producto incluyen el transporte
y el almacenamiento de alimentos, medicamentos, farmacias, laboratorios, cadena de frío,
frigoríficos, data centers por citar los más comunes.
Figura 16. Sensor datalogger
2.9.4. Densímetro ANTON-PAAR
Las características del densímetro Anton-Para son:
Carcasa sellada a prueba de fugas resistente a condiciones hostiles en
aplicaciones industriales y de campo.
Protección de caucho adicional para seguridad de la celda de medición.
Frente de vidrio resistente para trabajar durante mucho tiempo.
Operación por medio de teclas capacitivas con una sensibilidad adecuada para
trabajar con o sin guantes.
28
Apto para usuarios diestros y zurdos.
Lectura de etiquetas RFID e inicio o cancelación de mediciones desde el control
gestual: una mano queda libre para sujetarse mientras se miden muestras de
difícil acceso.
Para temperaturas de muestras de hasta 100 °C, para tomar decisiones rápidas, p.
ej., en el proceso de fermentación de la cerveza (medición en mosto caliente).
Conexión inteligente patentada del oscilador (AT516421 B1) para su sustitución
en caso de rotura de la celda.
Figura 17. Densímetro antonpaar (Antonpaar, 2019)
2.9.5. Cargador de batería
Para efectuar la carga de batería necesitaremos un cargador de baterías. Podemos
clasificar a los cargadores de baterías en dos tipos, unos que son de pequeñas dimensiones
y permiten efectuar una carga lenta de manera muy sencilla y otros de mayor tamaño que
ofrecen la posibilidad de efectuar cargas rápidas de la batería. En caso de disponer de
tiempo, siempre es recomendable efectuar una carga lenta de la batería, con uno u otro
cargador. De esta manera, conseguimos que la mayor parte del sulfato de las placas
reaccione con el agua del electrolito, formando de nuevo ácido sulfúrico manteniendo la
capacidad de la batería en sus niveles más altos.
29
Un cargador de baterías consta básicamente de:
Un transformador, encargado de transformar los 220 V de la red en los 12 V ó 24 V
que necesitamos para nuestras baterías.
Un puente de diodos, que es el que rectifica los 12 V de corriente alterna a corriente
continua.
Un conjunto de resistencias, que dependiendo de la cantidad que conectemos nos
permitirán regular la intensidad de carga.
Figura 18. Cargador de batería (Freta, 2009)
Además, los cargadores que permiten una carga rápida de baterías disponen de un
reloj con el que podremos seleccionar el tiempo que deberá estar suministrando
electricidad a la batería, tal como se muestra en la figura 18. (Freta, 2009)
2.9.6. Comprobador BAT110
Algunas características del comprobador Bat110 son las siguientes:
Comprueba las baterías de arranque de 6 V y 12V (ácido-plomo, gel y
vellón/AGM)
Baterías EFB
30
Aplicación en vehículos de turismos, industriales y motocicletas;
Cumple todas las normas de comprobación como CCA, JIS, EN, DIN, SAE, IEC,
EN2
Múltiples posibilidades de documentación:
La impresora está incluida en el suministro estándar
Posibilidad de almacenamiento de hasta 100 procesos de comprobación
Conexión USB para la descarga de resultados y futuras actualizaciones.
Figura 19. Comprobador Bat110 (Bosch, 2019)
2.9.7. Lector OBD II ELM 327
Se conecta mediante Bluetooth a tu terminal ANDROID, PC, SIMBIAN o
terminal Windows. El dispositivo puede hacer diagnósticos completos del vehículo y
visionar todo tipo de errores registrador en la centralita. Soporta todos los protocolos de
OBDII, EOBD y CAN compatible con TORQUE, DASHCOMMAND, KIWI,
SCANMASTER, entre otros.
31
Figura 20. Lector OBD II EKN 327 (Agrodeport, 2019)
Escanea las revoluciones del motor, muestra la temperatura del refrigerante, los
niveles de combustible, velocidad del automóvil, presión del sistema de admisión, avance
de encendido, temperatura del aire de admisión, caudal de aire, posición absoluta del
acelerador, medición del oxígeno y muchos otros. Para automóviles equipados con
conector de diagnóstico OBD-II de 16 pines. Se utiliza el ordenador o un smartphone para
diagnosticar fallos en el automóvil, además de poder borrar los códigos de fallo (Check
engine) y el testigo de fallo (dependiendo de la compatibilidad).
Incluye un CD con diversos programas para su utilización. Contiene un paquete
x1 lector EML 327 x1 Mini CD para el ordenador.
2.10. Métodos de investigación
2.10.1. Método analítico
El Método analítico es aquel método de investigación que consiste en la
desmembración de un todo, descomponiéndolo en sus partes o elementos para observar
las causas, la naturaleza y los efectos. El análisis es la observación y examen de un hecho
en particular. Es necesario conocer la naturaleza del fenómeno y objeto que se estudia
para comprender su esencia. Este método nos permite conocer más del objeto de estudio,
32
con lo cual se puede: explicar, hacer analogías, comprender mejor su comportamiento y
establecer nuevas teorías.
Analizar significa desintegrar, descomponer un todo en sus partes para estudiar en
forma intensiva cada uno de sus elementos, así como las relaciones entre sí y con el
todo. La importancia del análisis reside en que para comprender la esencia de un todo hay
que conocer la naturaleza de sus partes.
El análisis va de lo concreto a lo abstracto ya que mantiene el recurso de la
abstracción puede separarse las partes (aislarse) del todo, así como sus relaciones básicas
que interesan para su estudio intensivo (una hipótesis no es un producto material, pero
expresa relaciones entre fenómenos materiales; luego, es un concreto de pensamiento).
(Sites Google, 2019)
Así, la dialéctica consiste en trabajar un tema visualizado su evolución en tres momentos
sucesivos: Tesis (planteamiento, primera idea) Antítesis (oposición, segunda idea)
Síntesis (resultado o combinación de la Tesis y la Antítesis, tercera idea).
2.10.2. Método comparativo
El método comparativo es un procedimiento de búsqueda sistemática de
similitudes con el objeto de estudiar su parentesco.
Sólo se tiene un modo de demostrar que un fenómeno es origen de otro; es
comparar los casos en que están simultáneamente presentes o ausentes y averiguar si las
variaciones que presentan en estas diferentes combinaciones de circunstancias prueban
que uno depende del otro. Cuando pueden producirse artificialmente, según el deseo del
espectador, el método es de experimentación propiamente dicha. Por el contrario, cuando
no está a nuestra disposición el análisis de los hechos y sólo se puede relacionar tal como
33
se producen espontáneamente, el método empleado es el de la experimentación indirecta
o método comparativo. (Sites Google, 2019)
2.11. Norma SAE
El Comité de baterías de almacenamiento SAE comisionó un grupo de trabajo
para investigar alternativas por las altas temperatura (75 ° C). El objetivo del grupo de
trabajo era desarrollar una prueba de ciclo de vida que produce los modos de falla que se
encuentran en el servicio de alta temperatura para las tecnologías de fabricación de
baterías de plomo-ácido de encendido y encendido de 12 V disponibles comercialmente
más comunes. Este procedimiento de prueba es el resultado de tres años.
estudio patrocinado por la industria que incluye pruebas de laboratorio a gran escala y
flota de vehículos. (SAE, 2013)
La norma SAE que rige el procedimiento de pruebas para las baterías automotrices
es la SAE J2801.
2.11.1. Proceso de test de batería
El proceso que se realiza a la batería para verificar su óptimo funcionamiento lo
dicta la norma SAE, por ende, el proyecto como tal debe regirse a esta norma y adecuarse
para poder acoplar el proyecto a dichas normas. La prueba comienza con una batería
completamente cargada / acondicionada según SAE J537.
La batería se prueba en un baño de agua mantenido a 75 ° C ± 3 ° C (167 ° F ± 5 ° F), el
nivel de agua del baño especificado en 3.2cm se mantendrá a una altura igual o superior
al 75% del total altura del contenedor de la batería o dentro de 12 mm (1/2 pulg.) del
casquillo metálico de las baterías de los terminales laterales.
El ciclo de prueba se realiza de la siguiente manera:
1. Descarga 18 s, 25 A
34
2. Carga 30 min, 14.2 V, máximo 25 A
3. Descarga 15 min, 3 A
4. Carga 30 min, 14.2 V, máximo 25 A
5. Descarga 18 s, 25 A
6. Carga 30 min, 14.2 V, máximo 25 A
7. Descarga 15 min, 3 A
8. Carga 30 min, 14.2 V, máximo 25 A
9. Descarga 15 min, 3 A
10. Carga 29 min 24 s, 14.2 V, máximo 25 A
La batería se realiza un ciclo continúo utilizando los pasos 1-10 durante un total de
seis ciclos. Cada ciclo durará 3.25 segundos Después del sexto ciclo, descargue 15 min,
10 A seguido de un período de carga de 255 min a 14.2 V, máximo de 25 A.
Repita los pasos 1-10, cuatro veces más, repita el paso 1-9, cuatro veces adicionales,
luego descarga 15 min, 10 A, carga 120 min, 14.2 V, máximo 25 A.
La prueba descrita en los pasos anteriores se registrará un total de 34 ciclos por cada
semana de prueba exitosa.
Se permite un retraso de conmutación de no más de 10 s desde la finalización de la
carga hasta el inicio de la descarga y la finalización de descarga al inicio de carga. La
batería recibe un soporte de circuito abierto de 28 a 33 h en el baño de agua a 75 ° C ± 3
° C (167 ° F ± 5 ° F).
Con la batería a la temperatura obtenida en 3.6 s, descargue a una velocidad de 200 A
a 7.2V, o una descarga mínima tiempo de 10 s, lo que ocurra primero. La prueba a la
batería se considerará completa si se produce una o más de las siguientes condiciones:
La aceptación de corriente de la batería es superior a 15 A al final de cualquier
paso de carga (verifique la aceptación de carga en el último segundo de cada paso
de carga).
35
La batería no puede mantener un mínimo de 7.2V en cualquier paso de descarga.
El voltaje del terminal de la batería cae por debajo de 12.0V al final del período
de descanso.
Se debe agregar agua al electrolito según sea necesario durante la prueba, excepto
a las baterías descritas como libre de mantenimiento. No se debe agregar agua al
electrolito durante la prueba a estas baterías.
Todo este proceso se efectuará en las baterías que se van a analizar en el proyecto.
2.12. Vehículos con baterías grupo 42
En el Ecuador los vehículos que más se venden son los automóviles, los cuales
suelen venir con motor de 1.5 hasta 1.8 y en ellos vienen instalados las baterías del grupo
42, como se puede observar en la figura 21.
Figura 21. Venta de vehículos por segmento (Aeade, 2018)
Para el análisis respectivo dentro de la investigación se toma como objeto de
prueba la batería del grupo 42 y el vehículo modelo Aveo, marca Chevrolet, sin embargo,
se puede aplicar la metodología de prueba en vehículos con características similares a las
antes mencionadas, como requisito primordial es que tenga instalada la batería grupo 42.
36
Debido a que en el país lo que más se ha vendido son automóviles y la que tiene
mayor venta es la ensambladora Omnibus BB la cual es conocida en el mercado como
GM ECUADOR, se tomó referencia el vehículo antes mencionado para las pruebas
correspondientes, tal como se observa en la figura 22.
Figura 22. Venta de vehículos por ensambladora (Aeade, 2018)
Cifras INEC (INSTITUTO NACIONAL DE ESTADISTICA Y CENSO)
Consolidando los datos obtenidos del INEC, se muestra en la tabla 3 la cantidad de
automóviles matriculados en cada región como Costa y Sierra, mostrando el porcentaje
de cada una en el año 2017. (Inec,2019)
Tabla 3.
Automóviles matriculados
AUTOMÓVILES MATRICULADOS
Region Cantidad Porcentaje
Costa 260.917 41%
Sierra 375.379 59%
Aun observando que se tiene un porcentaje mayor en la región sierra de vehículos
matriculados, la metodología se aplica a vehículos que se encuentra en la región costa,
por las altas temperaturas que se llegan alcanzar en esta región.
37
CAPÍTULO III
METODOLOGÍA
3.1. Introducción
El proyecto se centra en el desarrollo de la metodología de experimentación el
cual se basa en evidenciar mediante equipos y herramientas las condiciones de
funcionamiento al que es sometida una batería mientras permanece instalada en el
vehículo, además de tomar en cuenta la temperatura ambiente en la circula el vehículo
para luego validar por medio de un procedimiento de revisión de baterías si estas
condiciones son determinantes para reducir la vida útil de la batería y que esta no cumpla
con el tiempo cobertura de garantía estipulados por el fabricante de baterías automotrices
con tecnología plomo-ácido.
3.2. Metodología de experimentación
La metodología de experimentación se realizará siguiendo el siguiente
procedimiento:
1. La batería grupo 42 será sometida a una prueba durante 2 semanas, estará instalada en
un vehículo marca Chevrolet modelo Aveo año 2015. El cual fue elegido como objeto
de prueba en esta investigación, cabe recalcar que la metodología de prueba puede ser
aplicada en distintos tipos de vehículos que posean baterías de grupo 42.
Serán instalados en la batería y en el vehículo sensores y equipos para poder
determinar parámetros de funcionamiento del motor y de la batería tales como
temperatura de motor, revoluciones del motor, temperatura de la batería, voltaje de la
batería además de la temperatura ambiente.
38
2. La ruta del vehículo será en la ciudad de Guayaquil, la cual comienza desde el norte
de la ciudad hasta el sur yendo por las avenidas más transitadas, la misma que posee
una temperatura promedio de la región costa. Se medirán los parámetros iniciales de
batería, voltaje, potencia y densidad.
3. Luego el vehículo realizará una prueba de ruta de alrededor de 300km diarios. Al
culminar la primera semana se obtendrán los parámetros de funcionamiento al que fue
sometida la batería de los datos obtenidos por los sensores y equipos.
4. Los sensores y equipos serán instalados de la siguiente manera.
Sensor de temperatura data logger con entrada USB, estará asilado de la
temperatura propia del motor, será instalado en la parte lateral de la caja de batería ya que
la misma es un punto de referencia debido a que el material ayuda a la transferencia de
calor hacia el sensor, tal y como se puede observar en la figura 23.
Figura 23. Instalación del sensor de temperatura USB
El sensor data logger instalado en la batería tomará la temperatura cada 40 min. Los
datos serán enviados por USB al software especial del dispositivo para luego descárgalos
a una base de datos. Además, se tomará como referencia la temperatura en el historial
climático el cual es necesario para determinar la temperatura ambiente en el que se
39
desarrollarán las pruebas, los datos serán tomados de la página oficial del Instituto
Nacional de Meteorología e Hidrología (INAMHI). Como se puede observar en la figura
24.
Figura 24. Meteorología Ecuador (Inamhi,2019)
Para medir el voltaje (V) con el que estará trabajando la batería, tanto con la carga
del alternador y los arranques, se utilizará un multímetro marca FLUKE modelo 289, este
almacena la información. Se conectarán las pinzas a la batería y el equipo estará ajustado
con amarras plásticas y se colocará en un espacio del habitáculo del motor el cual permite
cerrar el cofre (capot).
Figura 25. Medición de voltaje con multímetro
40
Las pulsaciones de voltaje se almacenarán en el equipo cada 10 minutos. Este
multímetro también cuenta con un software donde se descargan los datos obtenidos por
medio de conexión USB para luego exportarlos a un archivo de hoja de cálculo con
extensión “xlsx”, el cual se utiliza con el programa Excel Microsoft office.
Para tomar los datos de Temperatura de motor y RPM motor se utilizará el equipo
OBD II ELM327 el cual enviará la data por señal Bluetooth a un Smartphone en el cual
estará instalada la aplicación “Torque”, esta aplicación se encarga de almacenar la
información para luego ser convertida a un archivo de hoja de cálculo con extensión
“xlsx”, el cual se utiliza con el programa Excel Microsoft office para su análisis, como se
observa la figura 26.
Figura 26. Conexión del OBDII ELM327
Una vez obtenida toda la información se llevará a cabo el análisis por medio de un
método analítico comparativo de variables. El objetivo es tener el mayor grado de
confiabilidad de los datos. La metodología de prueba se adecuo para poder realizar de una
forma más versátil y viendo factores como la temperatura ambiental y del motor, como
también el comportamiento de la batería ciclando para realizar las pruebas y la
recolección de datos de temperatura de acuerdo a las normas SAE J2801 y J537 el cual
se basa en ciclos de vida de la batería. Estas normas tienen como objetivo realizar cargas
41
y descargas con equipos especializados de alto costo. Sin embargo, este efecto de ciclaje
se provoca también cuando la batería está instalada dentro del vehículo, además de tener
condiciones adicionales de temperatura ambiente, temperatura de motor y RPM motor.
3.2.1. Proceso de revisión de batería Plomo-ácido
Figura 27. Proceso de revisión de baterías
Motor apagado
Levantar capot
Inicio
Registrar y verificar tipo de batería
Existe
sulfatación FIN
Quitar sulfatación
FIN
42
3.2.1.1. Procedimiento de revisión de batería tecnología plomo-ácido
Para proceder a revisar la batería tecnología plomo-ácido, o la denominada
comúnmente batería de bajo mantenimiento se debe seguir los siguientes pasos:
1. Se procede a apagar el motor del vehículo.
2. Se levanta el cofre (capot) del vehículo.
3. Registrar el tipo de batería
Figura 28. Chequeo de la batería físicamente
4. Verificar que la batería está instalada de forma correcta, de manera horizontal, no
presente objetos punzantes que puedan provocar daños en la batería. Verificar la
existencia y correcto ajuste de “bracket” (faja, ajustador metálico) y que éste
mantenga a la batería firme e inmovilizada. Figura 29
Figura 29. Ajuste correcto del bracket
43
5. Verificar que la batería está conectada de forma correcta, estado de terminales,
ajustes correctos, ausencia de sulfatación. En caso de presentar sulfato, se lo debe de
remover de la siguiente manera:
a) Previo a desconectar la batería asegurarse que no existan cargas posibles, como
accesorios encendidos (luces, motor, radio, otros) y que la llave esté retirada del
switch.
b) Se debe desconectar primero el cable negativo y después el cable positivo de los
bornes de la batería, tal como se puede observar en la figura 30.
Figura 30. A.Borne negativo B. Borne positive
c) Se procede con la limpieza de los terminales y bornes con la ayuda de un cepillo de
cerdas metálicas, de esta forma retiramos toda suciedad que se haya adherido a la
superficie y nos ocasione error en las muestras que vayamos a tomar.
Figura 31. Limpieza de bornes con cepillo de cerdas metálicas
B A
44
d) Luego se conecta la batería; primero se debe de conectar el cable positivo y luego
el cable negativo.
Figura 32. Conexión de la batería
3.2.2. Análisis eléctrico de la batería en vehículo:
Para proceder a la Medición de Voltaje (V) y capacidad de arranque (CCA):
Conectar el equipo de comprobación BAT110, seguir lo siguientes pasos:
1. Colocar la pinza positiva (color rojo) en terminal positivo (+) y la pinza negativa (color
negro) en terminal negativo (-). Figura 33
Figura 33. Conexión del BAT110
45
2. Presionar el botón “V” con este tendremos la medición de voltaje
Figura 34. Medición de voltaje con el BAT110
3. Al colocar el equipo BAT110 Presionar el botón “Test” por 2 ocasiones y luego
seleccionar la medición SAE presionando el botón “Test”.
Figura 35. Operando el BAT110
4. Con la ayuda de los botones “Up” “Down” arriba- abajo, se debe seleccionar la
capacidad de arranque descrita en la etiqueta de la batería a -18°, se presiona el botón
“test” y el equipo arroja el valor del CCA que tiene la batería. Figura 36
Figura 36. Medición de CCA con el BAT110
46
5. A continuación, con el densímetro se procede con la revisión de niveles de electrolito
y medición de densidades.
6. Se procede a retirar los tapones de la batería para realizar la revisión visual con ayuda
de una linterna ver los niveles de electrolito y estado de los puentes, tal como se puede
observar en la figura 37.
Figura 37. Orificios de tapones en la batería
7. Se realiza la medición de densidad en cada celda. Para ello se empleará el densímetro.
El promedio obtenido se reportará como el valor de la densidad. (Se registra el
resultado, densidad optima 1.230-1.260, requiere carga 1.180 – 1.230, menor a 1.180
posible falla en batería).
Figura 38. Medición de la densidad del electrolito
47
Nota: En caso de que la batería se evidencie con los puentes en buen estado y
con niveles bajos de electrolito, se debe completar los niveles con agua
desmineralizada; caso contrario en el que se evidencie corrosión y sulfato en los
puentes se debe completar los niveles con agua desmineralizada y registrarlo
como observaciones.
8. Luego con el motor del vehículo apagado y sin consumidores (accesorios
encendidos), se procede a revisar el sistema eléctrico del vehículo para verificar que
no exista consumo alguno, utilizando un Amperímetro de gancho.
9. Se debe encerar el equipo antes de colocarlo.
10. Se coloca el gancho en el cable negativo.
11. Una vez efectuada la revisión, los valores no deben de exceder de 0.07 amperios
para que no exista descarga en la batería. (Se registra el resultado).
Figura 39. Medición de consumo en el circuito del vehículo
12. Con el motor del vehículo encendido, determinar el voltaje de carga del alternador
usando el equipo BAT110 o multímetro, para ello el vehículo debe de estar
encendido y acelerar por 15 segundos, a 2,000 rpm. Luego se solicita prender luces,
48
A/C, radio y demás accesorios. Los valores deben de estar entre 13.30 V a 14.50
V. Si se encuentra por debajo de 13.30 V, el vehículo no carga la batería y si es
superior a 14.50 V, el vehículo sobrecarga a la batería. Finalmente, se registra el
resultado, como se puede observar en la figura 40.
Figura 40. Registro de carga del alternador en la batería
Nota: En vehículos modernos se puede presentar el caso de que el alternador
cargue a más de 14.50 V; verificar con el manual del fabricante.
13. Con ayuda del Multímetro se debe verificar la caída de tensión al momento del
arranque. El multímetro debe estar en la posición de Voltaje (DC), colocando la pinza
positiva al terminal positivo y pinza negativa al terminar negativo, se le da arranque
al vehículo y el voltaje no debe ser menor a 9.4 V.
Figura 41. Caída de tensión del motor de arranque con multímetro
49
3.2.2.1. Proceso
Figura 42. Proceso de análisis de electrolito en batería
Según los parámetros que arrojen las mediciones se puede determinar el estado
eléctrico en el que se encuentra la batería.
Tabla 4. Característica batería con buena carga
BATERÍA CON BUENA CARGA
Voltaje: 12,8 V hasta 12,4 V
CCA: 100% hasta 80% de su capacidad a -18°C
Densidades: 1280 hasta 1230 gr/cm3
Inicio
Conectar equipo
Bat135
Revisión de niveles
de electrolito
Revisión de la
densidad del
electrolito
Revisión del
consumo en el
vehículo
50
Tabla 5.
Característica de batería necesita carga Batería necesita carga
Voltaje: menor a 12.4V hasta 11.4 V
CCA: 80% hasta 50% de su capacidad a -18°C
Densidades menor a 1230 hasta 1150 gr/cm3
Tabla 6.
Característica de batería con grupo malo Batería con grupo malo o descarga profunda:
Voltaje: menor a 11.5V hasta 0V
CCA: menor 50% hasta 0% de su capacidad a -18%
Densidad: menor a 1150 gr/cm3
Para determinar un grupo malo se realiza la siguiente prueba:
Con ayuda del comprobador de resistencia, esta toma como referencia el voltaje
de la batería y crea una resistencia provocando ebullición en la celda que se
encuentra defectuosa y así determinar el grupo malo (cortocircuito).
Figura 43. Resistencia
51
CAPÍTULO IV
RECOLECCIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS
4.1. Introducción
Luego de haber aplicado la metodología de prueba estipulada en el capítulo
anterior, se obtuvo datos los cuales fueron procesados para su posterior análisis, el cual
se enfocará en el método comparativo entre la temperatura de la batería y sus capacidades
eléctricas, donde también se ve la influencia de la temperatura del motor, temperatura
ambiente y estado eléctrico del vehículo.
4.2. Análisis de la batería del grupo 42
Para el análisis correspondiente dentro de la metodología de prueba se utilizó la
batería del grupo 42 la cual es instalada comúnmente en vehículos con motor de
cilindrada entre 1.4 – 1.6, el vehículo utilizado en esta prueba es el Chevrolet Aveo, sin
embargo esta metodología de prueba puede ser aplicada a distintos tipos de vehículos que
utilicen baterías grupo 42, uno de los motivos por el cual se realizó la metodología en el
Chevrolet Aveo es debido a que en el 2018 se vendió una cantidad de 6976 unidades del
modelo de vehículo antes mencionado el cual representa el 52% de los vehículos más
vendidos en Ecuador, según la Asociación de Empresas automotrices del Ecuador.
Tabla 7.
Principales modelos Chevrolet CAJA 42 Principales Modelos automóviles Unidades 2017-2018
Modelo 2017 2018
Aveo Family 1.5L STD 6629 6976
ACCENT 1.6 4P TM 337 1856
Rio sedan 4p 559 1128
Voleex C30 954 965
Versa sense MT AC 635 491
52
Para esto se debe conocer los parámetros iniciales de las baterías que van a ser
sometidas a la metodología de prueba para diagnosticar sus fallos.
Tabla 8.
Datos de batería
4.2.1. Análisis en batería sometida a mantenimiento
En este caso durante el desarrollo de la prueba se realizó mantenimiento a la
batería con los procedimientos establecidos en la metodología, mediante dispositivos de
diagnósticos se obtuvieron los siguientes parámetros para el respectivo análisis:
temperatura de batería, temperatura del ambiente, voltaje del alternador, temperatura y
revoluciones del motor.
Temperatura de batería
La temperatura de batería como se puede observar en la figura 44, es tomada entre
los días del 18 hasta el 30 de noviembre del 2019, el cual se evidencia que la temperatura
promedio de la batería llega hasta los 105°C, en horas de la mañana con el vehículo en
funcionamiento.
Tomando en cuenta el historial de temperaturas del INAMHI, el cual indico que
en estos días en cuestión tienen una temperatura promedio aproximada de 31°C, y los
valores recolectados por el sensor de temperatura Data logger instalado en la batería, se
DATOS DE BATERÍA
Densidad
[g/cm³]
Voltaje de
Batería [V]
Voltaje del
Alternador [V]
Consumo con Pinza
Amperométrica [A]
CCA
Bat-110
[A]
1,269 12,69 13,85 0,02 600
53
determinó lo siguiente; la batería no tuvo un incremento de temperatura significativo
debido a que estuvo sometida a mantenimientos como se puede observar en la figura 44.
Figura 44. Temperatura de batería
Temperatura del motor
La temperatura del motor también es crucial al momento de realizar análisis en el
funcionamiento de las baterías, porque transmite calor a la misma, en la figura 45 se
observa como al aumentar las revoluciones del motor su temperatura también lo hace,
transmitiendo calor a la batería del mismo modo, como se muestra en la figura 45.
Figura 45. Temperatura del motor
En esta figura 45 se puede apreciar como el motor alcanza temperaturas elevadas
54
que sondean los 250 grados Celsius, toda esta energía calorífica que emane queda dentro
del habitáculo del motor transmitiendo a las partes que lo conforman incluyendo la
batería.
Voltaje del alternador
El voltaje del alternador como se puede observar en la figura 46, comienza a variar
de acuerdo a las revoluciones del motor, por ende, se observa como carga la batería con
toda normalidad.
Figura 46. Voltaje del alternador
Además, se muestra como hay picos de voltaje y a su vez caídas en ciertas
revoluciones que alcanza el motor, donde comienza con una generación de
aproximadamente 13.90 voltios y busca un voltaje de 14.20 voltios, recordando que la
batería es un estabilizador de voltaje por ende se muestra como siempre busca estar en el
voltaje óptimo de carga para su buen funcionamiento, dando a entender que el alternador
está cargando correctamente.
55
Relación temperatura con potencia
Para el correcto análisis se toman las curvas de potencia de batería y temperatura,
las cuales se comparan, para proceder al análisis correspondiente. En la figura 47 se refleja
como la temperatura de la batería va aumentando constantemente y la potencia de la
misma dada en amperios decrece levemente hasta llevar a generar aproximadamente 400
amperios.
Figura 47. Relación potencia y temperatura batería MTTO
La figura 47 da a entender como la potencia es directamente proporcional a la
temperatura de la batería, por ende, a mayor grado de temperatura que está sometida la
batería su generación de amperaje disminuye.
4.2.2. Análisis en batería sin mantenimiento
La siguiente prueba se realiza a una batería que no se le ha realizado ningún tipo
de mantenimiento preventivo como es debido, por ende, se analizará los mismos
parámetros que con la anterior para que posteriormente se comparen y se vea reflejado la
influencia de la temperatura y otros factores para el funcionamiento óptimo de la misma.
Temperatura de batería
De la misma forma que con la batería anterior se realiza las pruebas
56
correspondientes, y como se observa en la figura 48, la temperatura se eleva por los 130
grados Celsius, en el promedio de días desde el 18 hasta el 30 de noviembre del 2019.
Figura 48. Temperatura de batería sin mantenimiento
Además, se muestra un pico de temperatura promedio la cual tiende a mantenerse
sobre los 100 grados Celsius a partir del meridiano, recordando que a esas horas el
INAMHI tiene registrado en su historial un promedio de temperatura de hasta 32 grados
Celsius.
Al analizar el grafico se muestra que la batería sin mantenimiento tiende a
aumentar su temperatura de una forma excesiva debido al bajo nivel de electrolito el cual
aumenta el nivel de acidez provocando corrosión y desgaste interno.
Temperatura del motor
La temperatura del motor como se conoce por medio de la recolección de datos
que se obtuvo de las pruebas respectivas, y esto se plasma en la figura 49, mostrando
como aumenta la temperatura drásticamente sobrepasando los 200 grados Celsius a
manera que las revoluciones del motor van aumentando.
57
Figura 49. Temperatura del motor
Voltaje del alternador
El voltaje de alternado como se observa en la figura 50 no tiene un flujo constante,
el cual decae a las 1000 revoluciones, dando a entender que el voltaje del alternador está
fallando y no está cargando como debe ser.
Figura 50. Voltaje del alternador
58
Relación temperatura con potencia
En este caso se puede observar en la figura 51 como la potencia de la batería decae
al estar sometida a temperaturas elevadas, quiere decir que su suministro de amperaje
desciende haciendo que se vuelva menos operativa al pasar el tiempo.
Figura 51. Relación potencia y temperatura Batería sin MTTO
4.2.3. Comparación entre baterías
Para el estudio de fallos que se presentan en la batería del grupo 42, se analizará
el comportamiento de dos tipos de baterías, una que es sometida a mantenimientos
continuos y otra que no ha tenido ningún mantenimiento hasta la actualidad, para lo cual
se realiza las pruebas pertinentes y se obtuvieron los gráficos anteriormente prescritos,
para lo cual se tomó dos parámetros importantes para el análisis, los cuales fueron la
temperatura y la potencia de las mismas.
59
Temperatura de batería
Se aplica el método comparativo con los datos de las baterías sin mantenimiento
y la batería con mantenimiento, donde se compara las curvas obtenidas en las pruebas
realizadas, y al analizar las curvas se obtiene que la batería sin mantenimiento alcanza
grados de temperatura mucho más elevadas, que su contraparte.
Figura 52. Relación curvas temperatura
Estas curvas fueron obtenidas en el mismo promedio de días, así se puede observar
en la figura 52, mostrando que, aunque la temperatura del ambiente era alta, no afecta en
gran escala a la batería que había sido sometida a mantenimiento.
60
Potencia de batería
Figura 53. Relación potencia de baterías
En la figura 53 se observa las curvas respectivas de la batería sin mantenimiento y con
mantenimiento de acuerdo a la potencia de cada una de ellas, dando a entender que la capacidad
de arranque o potencia desciende significativamente al no estar sometida a un mantenimiento por
eso es importante la comprensión de la electroquímica de la batería y el conocimiento en los
sistemas eléctricos del vehículo el cual se puede utilizar para desarrollar diversas estrategias para
la gestión de la batería y el diagnóstico de la misma.
Los mantenimientos en la batería cumplen un papel importante en los sistemas de
almacenamiento de energía electroquímica en el cual se debe tener en cuenta que existen
reacciones parásitas de gasificación como el oxígeno, la evolución de hidrógeno y recombinación
de ellos, esto se focaliza aún más en ciudades con temperaturas calientes, teniendo como
desventaja el poco espacio dentro de los habitáculos de motor.
61
CONCLUSIONES
Se determinó los parámetros para el análisis de fallos en la batería de grupo 42 los cuales
fueron la temperatura de motor, la temperatura del ambiente y la temperatura de batería,
estos ayudan a conocer como la potencia de la batería va decayendo parcialmente
conforme pasan los días, también los equipos que se utilizaron para las pruebas
mencionadas en el presente trabajo son el Data logger, el BAT 110, multímetro Fluke,
lector OBD II ELM327, densímetro, amperímetro de gancho, todos estos son necesarios
para obtener datos y analizarlos como es debido.
Se estableció el método de prueba que consistió en el monitoreo de los
parámetros con almacenamiento de datos para su posterior análisis sobre estado
de las capacidades eléctricas de la batería con tecnología plomo-ácido grupo 42
con las variables de potencia y temperatura, donde se determina que si la
temperatura en la batería supera los 70°C se produce la ebullición del agua
desmineralizada provocando que la mezcla electrolítica acelere la corrosión
debido al incremento de la acidez.
Se concluye que la temperatura en la batería con tecnología plomo-ácido es un
parámetro con efecto crucial sobre el rendimiento de cada componente de la
electroquímica de almacenamiento de energía y los electrodos positivos y
negativos. Se evidencia en los resultados de las pruebas realizadas que afecta el
rendimiento del electrolito en términos de conductividad iónica, de difusión
eficientes, la viscosidad, la congelación y puntos de ebullición. La velocidad de
las reacciones electroquímicas depende de la temperatura de manera exponencial
ya sean estas temperaturas ambientales como la del habitáculo del motor.
62
RECOMENDACIONES
Se recomienda que para contrarrestar los fallos de las baterías se debe realizar
un mantenimiento periódico a la batería, como también al sistema eléctrico del
vehículo, el revisar de manera periódica el sistema eléctrico nos ayuda a
identificar fallos presentes y posibles fallos a futuro de esta manera se puede
optimizar el funcionamiento de las baterías con tecnología plomo-ácido, lo que
aumenta la vida útil y la fiabilidad de la misma.
Se recomienda realizar una prueba más prolongada para ver como es el
comportamiento de la batería en meses o en el año de garantía que se estipula al
comprar una, para que de esta forma se observe con mejor detalle otros factores
que también incurren en el desgaste prematuro de la potencia de las baterías del
grupo 42.
Se recomienda en las baterías plomo-ácido del grupo 42 las cuales tienen una
tendencia al sobrecalentamiento excesivo, probar con otros diseños de polímero
de la caja de la batería, donde se disminuya la temperatura y se pueda obtener
un mejor cuidado y prolongación del tiempo de vida útil.
63
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65
ANEXOS
Anexo 1. Características técnicas del JDiag BT-100
Las características del JDiag BT-100 son:,
Pantalla: Pantalla TFT en color (160x128 ppp),
Temperatura de funcionamiento: 0 a 60 °C (32 a 140 °),
Temperatura de almacenamiento: -40 a 70 °C (-40 a 185 °),
Potencia externa: potencia de 12,0 o 24,0 V proporcionada a través de la batería del
vehículo.
Dimensiones: longitud 165mm * ancho 40mm * altura 27mm
Herramienta de prueba de las especificaciones
Rango de voltaje DC: 0-65 V + 1 dígitos
Rango de resistencia: 0-200 K ohm
Respuesta de frecuencia del paso del tono
0Hz a 10 K hz
Disyuntor de Circuito
Corriente nominal: 1-10 Amp
Corriente 100%: sin viaje
Corriente 150%: viaje en una hora
Corriente 200%: Viaje en 3-30 segundos.
Anexo 2. Características técnicas de sensor de temperatura data logger
Rango: -40°C/105°C
Resolución: 0.1 °C
Precisión: ± 0.5 °C/°F
Memoria: 3823 registros
Batería: CR2032 3V
Anexo 3. Venta de vehículos por segmento y ensambladora
Anexo 4. Venta de vehículos por provincia
Anexo 5. Registro de temperatura INAMHI
